PLC应用技术项目化教程 课件 模块3、4 PLC硬件电路设计实战、PLC软件设计技术

模块三PLC硬件电路设计实战目

录CONTENTS01存储器分配：硬件设计的基石02接线图绘制：从理论到图纸03系统设计：完整硬件开发流程04性能参数：选型决策的技术依据05综合实践：从案例到能力06知识图谱：模块核心要点回顾存储器分配：硬件设计的基石01PLC存储器体系如图3–1（a）～图3–1（d）所示，把FX2N–16MR、FX2N–32MR、FX2N–48MR和FX2N–64MR这4台PLC排成一列放在一起，仔细观察各PLC面板上的I/O端子标记，看I/O端子分别由哪些接线端子组成。PLC存储器体系PLC存储器体系（1）FX2N–16MR、FX2N–32MR、FX2N–48MR和FX2N–64MR这4种PLC虽然型号不同，但这4种PLC的I/O端子板上却无一例外地都有220V交流电源输入端子、24V直流电源输出端子、PLC接地端子、输入端子和输出端子。（2）输出端子被分了组，其中的FX2N–16MR输出端子被分成了8组、FX2N–32MR输出端子被分成了4组、FX2N–48MR输出端子被分成了5组、FX2N–64MR输出端子被分成了6组，同时还看出：第一组输出端子共用着COM1端子、第二组输出端子共用着COM2端子、第三组输出端子共用着COM3端子、……。（3）PLC型号不同，输入端子和输出端子的数量也不同：FX2N–16MR的I/O端子共有16点、FX2N–32MR的I/O端子共有32点、FX2N–48MR的I/O端子共有48点、FX2N–64MR的I/O端子共有64点。PLC编号规则解析输入输出存储器编号体系三菱FX2N系列PLC采用八进制编号系统，输入存储器X000～X177共128点，输出存储器Y000～Y177共128点。每个通道包含8位（0～7），本机I/O按型号分配通道：16M为00通道，32M为00～01通道，48M为00～02通道，64M为00～03通道，扩展单元按规格追加通道。辅助存储器分类与特性辅助存储器全部集成于CPU单元，与PLC型号无关。包括中间存储器M（M000～M499一般型，M500～M3071断电保持型）、特殊存储器M8000系列、定时器T（T000～T245分0.1S和0.01S时基）、计数器C（C000～C234分加计数和双向计数），为复杂控制提供完整数据支撑。PLC编号规则解析PLC编号规则解析存储器使用规则与分配方法详解I/O存储器使用限制输入存储器仅由外部主令电器写入，CPU只读不可改写；输出存储器由CPU写入，输出接口读取。二者功能隔离，严禁混用。同一编号不可分配给多个电器，优先使用本机实际存在的存储器。辅助存储器使用规范辅助存储器可任意使用但不可作为I/O存储器，同编号在同一程序中不可重复。定时器与计数器按功能区分时基与计数方式，编号同样不可复用，确保程序逻辑清晰可靠。分配方法与工程目的存储器分配的核心目的是建立编程元件与外部电器的对应关系，为硬件接线图提供依据。分配时依次将主令电器、被控电器对应到实际存在的输入、输出存储器，注意输出端子分组隔离不同电压等级负载。存储器使用规则表3–3用户程序中经常使用的特殊存储器分配方法特殊存储器功能与分配实例演示M8000运行监视触点PLC运行时持续接通，常用于系统状态指示和运行联锁控制。M8002初始脉冲触点仅在PLC运行首周期接通，用于程序初始化设置和复位操作。时钟脉冲系列M8011～M8014分别提供10ms、100ms、1s、1min时钟脉冲，用于定时控制和闪烁程序。三条传送带分配实例输入：FR1～FR3对应X000～X002，SB1～SB6对应X003～X010；输出：KM1～KM3对应Y001～Y003。展示分配表作为硬件设计核心文档的规范格式。接线图绘制：从理论到图纸02输入端口连接方式与触头选型原则01两种供电接线模式内供电源汇点式利用PLC内部24V电源，适用于无源主令电器，所有输入共用一个COM端；外供电源汇点式采用外部独立电源，适用于带电源输出的传感器。两种模式均需确保电源极性正确和容量匹配。02常开触头强制性规范所有主令电器必须统一使用常开触头，因PLC仅能识别闭合（1）与断开（0）。若使用常闭触头，将导致输入接口长期通电、存储器状态与实际动作逻辑相反，引发程序误判。若必须使用常闭触头，应通过中间继电器转换。输入端口连接方式输入端口连接方式节省输入点数的方法节省输入点数的方法输出端口接线方式与硬件接线图绘制输出端口接线规范汇点式将所有输出分组共用COM端，适用于相同电压负载；分隔式为不同电压负载设置独立COM端，实现电气隔离。选型时需匹配负载电压等级和功率容量。六步标准化绘制流程绘制PLC长方形本体并标注型号；左侧绘制输入端点小圆圈，标注X编号及COM；右侧绘制输出端点小圆圈，标注Y编号及分组COM；左侧绘制主令电器符号，左端互联接COM；右侧绘制被控电器线圈，右端互联接电源。图纸完整性检查要点检查标注完整性与连接正确性，确保图纸、程序、实物三者编号一致，形成可直接指导施工的工程技术文件。输出端口连接方式节省输出点数的方法节省输出点数的方法节省输出点数的方法I/O点数优化策略与工程实践技巧双稳态程序节省输入点设置双稳态程序使单只开关兼具启动与停止功能，可减少1个输入点。热继电器回路优化手动复位型热继电器直接串联在被控电器回路，不占用PLC输入点。触头串并联共享输入将性能相近、逻辑关联的多个触头串联或并联后接入同一输入端口。输出点数压缩技术闪烁程序使单灯多态显示、编码输出配合外部译码、规律一致负载并联，有效降低硬件成本。系统设计：完整硬件开发流程03控制系统需求分析与工艺过程拟定控制要求完整捕获以三条传送带为例，明确顺序启动（1号→2号→3号）、逆序停车（3号→2号→1号）、故障保护（1号或2号故障时3号立即停车）等全部功能需求，形成设计输入基线。工艺过程详细拟定将控制要求转化为可执行时序：启动阶段依次按下SB1、SB2、SB3，观察KM1、KM2、KM3依次吸合；停止阶段依次按下SB6、SB5、SB4，观察KM3、KM2、KM1依次释放，为后续设计提供清晰依据。电器清单确定与PLC科学选型决策01主令与被控电器识别识别全部主令电器：SB1～SB3启动、SB4～SB6停止、FR1～FR3热保护共9个输入；全部被控电器：KM1～KM3接触器线圈共3个输出。02分级优选选型策略能用微型不用小型，能用小型不用中型，控制成本优先。本案例选用FX2N-32MR，16入16出满足9入3出需求且预留扩展空间。03多维度选型依据I/O点数按实际需求×1.2～1.3预留余量；输入接口依电源特性选内供或外供；输出接口依负载性质选继电器、晶体管或晶闸管型；存储容量按经验公式估算。存储器分配实施与硬件接线电路实现01正式存储器分配表编制X000～X002对应FR1～FR3，X003～X005对应SB1～SB3，X006～X010对应SB4～SB6；Y001～Y003对应KM1～KM3。02输入回路接线实现PLC左侧9个输入端子分别接入9个常开触头，所有触头另一端互联接COM端，形成完整输入回路。03输出回路接线实现PLC右侧3个输出端子分别接入3个接触器线圈，线圈另一端互联接COM1端及电源，形成完整输出回路。04三者一致性保障接线图严格对应分配表编号，确保图纸、程序、实物三者一致，这是PLC系统可靠运行的根本保障。存储器分配硬件接线电路性能参数：选型决策的技术依据04FX2N系列PLC核心性能参数解读01存储与I/O能力基本配置8K步程序存储，可扩展至16K步；I/O覆盖16M至128M，本机8/8至64/64点，扩展后最大128/128点，适应多种应用场景。02速度与存储器种类扫描速度达基本指令0.08μS/条，确保高速实时控制；内部存储器种类丰富，包括I/O、辅助、状态、定时器、计数器、数据寄存器等。03扩展与特殊功能特殊功能单元涵盖模拟量、高速计数、定位控制、网络通信等；可扩展能力体现在I/O扩展、模块扩展及网络连接三个维度。PLC选型原则的系统化应用规模与接口适配原则I/O点数按实际需求1.2～1.3倍预留，遵循微型优先路径。输入接口依主令电器电源特性选内供或外供；输出接口依负载电气特性选继电器、晶体管或晶闸管型，确保接口匹配。容量计算与速度选择程序存储容量下限=（开关量输入×10+开关量输出×5+模拟量通道×100）×1.25～1.35。纯开关量系统一般无需特别考虑速度，含模拟量闭环或高速运动控制场景应选用快速扫描型PLC。综合实践：从案例到能力05汽车清洗机控制系统硬件设计实例控制需求与电器识别清洗机前进→检测→喷淋刷洗→终点停止→后退→原点停止。识别主令电器：启动、检测、终点、原点限位共4个输入；被控电器：前进、后退电机、喷淋阀、刷子电机共4个输出。选型与分配决策选用FX2N-16MR满足4入4出需求。存储器分配：X000启动、X001检测、X002终点、X003原点；Y000前进、Y001后退、Y002喷淋、Y003刷洗。工程方案形成按分配表实施硬件接线，形成可直接施工的工程技术方案，验证六步法的实际应用效果。硬件设计六步法与工程能力总结01需求与工艺阶段明确控制要求，收集功能需求、安全规范、环境条件；拟定工艺过程，转化为可执行操作时序。02电器识别阶段确定主令电器和被控电器，识别全部输入信号源与输出执行元件。03选型与分配阶段选择PLC型号，综合多维度决策；分配PLC存储器，建立电器与存储器编号对应关系。04图纸绘制与能力达成绘制硬件接线电路图，形成可直接指导施工的工程技术文件。达成三项核心技能：熟练分配存储器、规范绘制接线图、独立完成硬件电路设计。知识图谱：模块核心要点回顾06模块三知识体系与关键技能全景图存储器知识体系涵盖I/O存储器八进制编号（X/Y000～X/Y177）、通道分配规律（16M至64M对应1至4通道）、辅助存储器分类（M、T、C及特殊M8000系列）及使用规则（输入只读、输出只写、编号不可复用）。硬件接线与优化技术系统梳理输入端口内供外供接线法、输出端口汇点分隔接线法、常开触头强制性规范，以及节省I/O点数的六种实用技术。选型设计完整链条贯通性能参数解读、选型原则应用、硬件设计六步法的完整决策链条，构成PLC硬件设计的完整能力体系。THANKS感谢您的观看模块四PLC软件设计技术目录CONTENTS01走进梯形图世界02梯形图符号全解析03替换设计法实战04真值表设计法精要05波形图与步进图设计法目录CONTENTS01经验设计法与程序优化02设计方法综合应用走进梯形图世界01梯形图语言为何成为PLC第一编程语言01IEC61131-3标准五语言对比国际标准IEC61131-3推荐五种编程语言：步进图、梯形图、功能块图、指令表和结构文本。梯形图凭借直观性脱颖而出，成为工业现场应用最广泛的编程语言。02电气图严格对应关系梯形图与继电接触器电路图存在严格对应关系，常开触点、常闭触点、线圈等符号可直接映射，电气技术人员无需重新学习即可快速上手编程。03三种编程方法对比分析直编法需牢记数百条指令，转换法需先绘梯形图再转换，均显冗余。梯形图直接编程简单快捷，被尊为"第一编程语言"，最适合初学者入门。梯形图的结构组成与符号本质01梯形图基本结构要素梯形图由左母线、右母线及连接其间的逻辑行组成。每个逻辑行称为一个梯级，左母线到线圈之间的线路称为"控制条件"，构成完整的逻辑判断路径。02存储器的虚拟映射机制PLC存储器并非真实继电器，而是虚构的线圈和触点映射。"1"状态表示线圈得电、常开触点闭合；"0"状态表示线圈失电、常闭触点断开，便于电气人员理解。梯形图符号全解析02触点类与接线类符号的功能边界触点类符号分类与通断规则触点类包括动合触点、动断触点、前沿微分触点和后沿微分触点四种。动合触点在条件满足时闭合，动断触点则断开；微分触点仅在信号跳变瞬间触发，实现精准时序控制。接线类符号的结构作用左母线提供逻辑起始电位，右母线作为回路终点，垂直线和水平线构建电流路径。接线类符号形成梯形图的骨架结构，支撑逻辑关系的可视化表达。触点类符号1）动合触点动合触点的图形符号见表4–1中的序号1，在梯形图中使用时需在其上方标出该动合触点所属的存储器的编号。动合触点的通断规则是：该动合触点所属的存储器线圈得电时，该动合触点闭合（即接通），存储器线圈失电时，该动合触点断开。2）动断触点动断触点的图形符号见表4–1中的序号2，在梯形图中使用时需在其上方标出该动断触点所属的存储器的编号。动断触点的通断规则是：该动断触点所属的存储器线圈得电时，该动断触点断开，存储器线圈失电时，该动断触点闭合（即接通）。3）前沿微分触点前沿微分触点的图形符号见表4–1中的序号3，在梯形图中使用时需在其上方标出该前沿微分触点所属的存储器的编号。前沿微分触点的通断规则是：从控制条件由OFF变为ON时刻开始，该前沿微分触点所属的存储器线圈得电一个扫描周期后失电，该前沿微分触点相应地闭合（即接通）一个扫描周期后断开。触点类符号表4–1触点类梯形图符号接线类符号1）左母线左母线的图形符号见表4–2中的序号5，在梯形图中使用时需绘制在梯形图的最左边，触点类符号和指令类符号需绘制在左母线的右侧并与左母线垂直连接。2）右母线右母线的图形符号见表4–2中的序号6，在梯形图中使用时需绘制在梯形图的最右边，线圈类符号和指令类符号需绘制在右母线的左侧并与右母线垂直连接。实用中为了绘制图方便，一般都把右母线省略掉（即不绘制右母线）。3）垂直线垂直线的图形符号见表4–2中的序号7，在梯形图中使用时，垂直线左侧可垂直连接触点类符号，垂直线右侧可垂直连接触点类符号或线圈类符号。4）水平线水平线的图形符号见表4–2中的序号8，在梯形图中使用时，水平线的左侧可与左母线垂直连接或与触点类符号连接，水平线的右侧可与除接线类外的各种图形符号连接。接线类符号表4–2接线类梯形图符号线圈类符号的时序控制与计数逻辑01基础线圈功能区分通用线圈实现常规输出，置位线圈保持得电状态，复位线圈解除保持。微分线圈捕捉信号边沿，实现单周期脉冲输出。02定时器K值计算方法普通定时器K=定时时间÷0.1秒，精细定时器K=定时时间÷0.01秒。定时时间到达后线圈才得电，编程时需注意时基选择。03单向计数器工作特性单向计数器K值等于设定计数值，计数到达后线圈得电并保持，必须通过复位信号才能失电，适用于累计计数场景。04双向计数器控制方式双向计数器由特殊存储器M82xx控制加减方向，实现可逆计数功能。配合传感器可完成位置跟踪、长度测量等复杂控制任务。线圈类符号表4–3线圈类梯形图符号替换设计法实战03传统电路到梯形图的系统化迁移路径替换法四步操作流程第一步将电气原理图逆时针旋转90度改绘制；第二步分配PLC存储器并建立对应关系表；第三步在改绘图上标注存储器编号；第四步按对应关系绘制梯形图。通电延时瞬动触头替换技巧通电延时型时间继电器的瞬动触头需用辅助存储器替代。将M000与定时器线圈并联，再用M000触点替代原瞬动触头，确保瞬时动作功能完整保留。断电延时线圈特殊处理断电延时型时间继电器无直接对应元件，需用包含控制条件的线圈结构B实现。通过逻辑组合模拟断电延时特性，保证控制时序准确无误。双速电动机与星三角启动案例精讲双速电动机通电延时控制实现将KT转换为T001K30实现30秒延时，瞬动触头改用M000并联T001线圈实现。梯形图保持原控制逻辑，实现低速到高速的自动切换，切换过程平稳可靠。星三角启动断电延时控制实现星形接触器KMΔ的断电延时切换采用线圈结构B实现，用M000动合触点替代原断电延时触头。梯形图完整保留启动、运行、保护各环节的控制时序。传统电路到梯形图的系统化迁移路径传统电路到梯形图的系统化迁移路径传统电路到梯形图的系统化迁移路径传统电路到梯形图的系统化迁移路径传统电路到梯形图的系统化迁移路径传统电路到梯形图的系统化迁移路径传统电路到梯形图的系统化迁移路径传统电路到梯形图的系统化迁移路径传统电路到梯形图的系统化迁移路径传统电路到梯形图的系统化迁移路径传统电路到梯形图的系统化迁移路径真值表设计法精要04组合逻辑控制的真值表建模方法真值表法四步实施流程首先确认主令电器和被控电器清单，其次为每个电器分配PLC存储器编号，然后依据所有输入组合填写真值表确定输出状态，最后根据真值表绘制梯形图程序。触点选择与逻辑表达规则主令电器状态为1时使用动合触点，状态为0时使用动断触点。通过触点串并联组合表达与或非逻辑，确保梯形图与真值表严格对应，实现精确控制。三人制约门锁系统的梯形图实现01控制要求与存储器分配三开关SB1-SB3对应X001-X003，红灯、黄灯、绿灯、电磁锁对应Y001-Y004。仅1闭合红灯亮，仅2闭合黄灯亮，全闭合绿灯亮且电磁锁得电。02真值表八种状态分析三输入共八种组合状态，按控制要求填写各输出状态。Y001在三种状态下为1，Y002在三种状态下为1，Y003和Y004仅在全闭合时为1。03梯形图分级绘制方法第一级阶梯实现Y001控制，含三条支路对应第二、三、五种状态。后续梯级依次实现Y002、Y003和Y004，Y003与Y004并联输出实现同步动作。04组合逻辑系统化设计价值真值表法将复杂逻辑关系表格化，避免遗漏状态组合。通过规范化流程确保设计正确性，是处理多输入多输出组合逻辑问题的有效工具。真值表示例真值表模板波形图与步进图设计法05时序逻辑控制的波形图建模技术波形图法四步实施要点确认控制对象和动作时序，分配PLC存储器，绘制时序波形图划分时间段，最后转换为梯形图。适用于被控电器按严格时间顺序工作的场景。霓虹灯16段时间控制实例六组灯按依次点亮1秒、全暗1秒、间隔点亮、全暗2秒、全亮2秒、全暗2秒循环。波形图划分为16个时间段，对应T001至T016定时器接力触发。长时间定时扩展方案单一定时器时限不足时，可采用多个定时器接力、特殊存储器配合计数器、或定时器加计数器三种方法扩展定时范围，满足长时序控制需求。顺序步进控制的步进图构建方法步进图法五步构建流程绘制控制流程图明确工艺步骤，选用七种基本结构模板拼装步进图框架，完善编号避免混乱，分配存储器，最后用置位复位电路法绘制梯形图，每个工步一个电路块。咖啡售卖机模板化设计实例投币、选糖、加糖、同步加料、放咖啡、取走构成全循环。插入单选结构处理糖量选择，插入全选结构实现多料同步加入。置位指令激活当前工步，复位指令关闭前一工步。波形图示例图4–42霓虹灯控制系统的波形图梯形图示例图4–43霓虹灯控制系统的梯形图程序波形图模板图4–37用波形图设计梯形图时的波形图模板1波形图模板图4–37用波形图设计梯形图时的波形图模板2经验设计法与程序优化06经验设计法的试探性实践与案例01经验法三步操作特点确认电器并分配存储器，试探性绘制梯形图，逐步测试完善。方法具有随意性和非唯一性，依赖设计者经验积累，适合控制功能简单的系统。02电动机关联控制渐进设计先构建甲电机启保停电路，加入T000实现10秒延时启动乙电机，再添加过载保护：甲过载切断全回路，乙过载仅切断乙回路。逐步验证确保功能正确。03抢答器程序借鉴与改进借鉴成熟抢答